Трофічні ланцюги живлення

Ряди, в яких можна простежити шляхи витрачання початкової дози енергії, називають ланцюгами живлення – система передачі та перерозподілу речовини та (частково) енергії, яка реалізується шляхом поїдання одних видів організмів іншими.

Місце кожної ланки в ланцюгу живлення називають трофічними рівнем:

I трофічний рівень – це завжди продуценти, створювачі органічної маси;

II трофічний рівень – рослиноїдні консументи (консументи I порядку);

Ш трофічний рівень – м'ясоїдні консументи, які живуть за рахунок рослиноїдних форм (консументи II порядку);

IV трофічний рівень – консументи, що живляться іншими м'ясоїдними (консументи Ш порядку).

Енергетичний баланс консументів: Р = П + Д + Н , де Р – раціон консумента, тобто кількість їжі, спожитої ним за певний період часу; П – продукція, тобто витрати на ріст; Д – витрати на дихання, тобто на підтримання обміну речовин за той же період, а Н – енергія незасвоєної їжі.

Основна частина спожитої з їжею енергії іде у тварин на підтримання їхньої життєдіяльності, і лише порівняно невелика – на побудову тіла, ріст і розмноження. З цього факту випливає дуже важливий висновок, а саме: більша частина енергії при переході з однієї ланки ланцюга живлення в іншу втрачається, тому що до наступного споживача може надійти лише та енергія, що міститься в масі з'їденого організму.

Отже, запас енергії, накопичений зеленими рослинами, в ланцюгах живлення швидко вичерпується. Тому ланцюги живлення не можуть включати в себе більше 4-5 ланок. Втрачена в ланцюгах живлення енергія може бути поповнена тільки надходженням нових її порцій. Ось чому в екосистемах не може бути кругообігу енергії, аналогічно до кругообігу речовин. Екосистема функціонує лише за рахунок спрямованого потоку енергії, постійного надходження її ззовні у вигляді сонячного випромінювання або готових запасів органічної речовини.

Трофічні ланцюги, які починаються з фотосинтезуючих організмів, називають ланцюгами виїдання (або пасовищними ланцюгами, або ланцюгами споживання), а ланцюги, що починаються з відмерлих решток рослин, трупів і екскрементів тварин – детритними ланцюгами розкладання. Таким чином, потік енергії, що входить в екосистему, розбивається далі мовби на два основних русла, надходячи до консументів через живі тканини рослин або через запаси мертвої органічної речовини, джерелом якої є фотосинтез.

Швидкість, з якою продуценти екосистеми фіксують сонячну енергію в хімічних зв'язках синтезованої органічної речовини, визначає продуктивність угруповань. Органічну масу, створювану рослинами за одиницю часу, називають первинною продукцією угруповання. Продукцію виражають кількісно сирою чи сухою масою рослин або в енергетичних одиницях – еквівалентному числі джоулів.

Валова первинна продукція – кількість речовини, створюваної рослинами за одиницю часу при даній швидкості фотосинтезу. Частина цієї продукції іде на підтримання життєдіяльності самих рослин (витрати на дихання). Частина створеної органічної маси, що лишилася, характеризує чисту первинну продукцію, яка являє собою величину приросту рослин. Чиста первинна продукція – це енергетичний резерв для консументів і редуцентів. Перетворюючись у ланцюгах живлення, вона йде на поповнення біомаси гетеротрофних організмів.

Приріст за одиницю часу маси консументів – це вторинна продукція угруповання. Вторинну продукцію обчислюють окремо для кожного трофічного рівня, оскільки приріст маси на кожному з них відбувається за рахунок енергії, яка надходить з попереднього.

Екосистеми дуже різноманітні щодо порівняння швидкості створення і витрачання як первинної продукції, так і чистої вторинної продукції на кожному трофічному рівні. Однак всім без винятку екосистемам властиві певні кількісні співвідношення первинної і вторинної продукцій, які дістали назву правила пірамід: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси, створюваної за одиницю часу, більша, ніж на наступному. Графічно це правило виражають у вигляді пірамід, які звужуються вгору і утворені поставленими один на одного прямокутниками однакової висоти, довжина яких аналогічна масштабам продукції на відповідних трофічних рівнях. Розрізняють 3 типи екологічних пірамід: біомас, чисел та продуктивності.

Пр – продуценти;

РК – рослиноїдні консументи;

МК – м'ясоїдні консументи;

ФП – фітопланктон;

ЗП – зоопланктон.

Піраміда продукції відображає також закони витрачення енергії у ланцюгах живлення. Тому, якщо піраміди чисел та біомас можуть мати різний (звичайний та перевернутий) вигляд в угрупованнях з певною трофічною структурою, то піраміда продукції має лише універсальний характер.